Modificar la dieta de los rumiantes para reducir producción de metano

La reciente aparición en los medios de comunicación de una noticia sobre un posible impuesto al metano generado en la producción ganadera en la Unión Europea ha reavivado el interés en la posible reducción de su emisión. Según el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, 2014), el metano tiene un potencial de calentamiento 28 veces superior al del CO2 calculado para un período de 100 años, aunque su vida media en la atmósfera es menor (12 años). Este gas supone también una pérdida energética que puede llegar a alcanzar el 12% de la energía bruta consumida (Gerber et al., 2013).

Como se puede observar en la Tabla 1, la mayoría del metano generado por los rumiantes procede de la fermentación entérica, siendo la mayor parte (85-95%) producido en el retículo-rumen por las arqueas metanogénicas a partir de productos resultantes de la fermentación de los alimentos.

• La mayoría de las arqueas generan metano a partir de CO2 e H+ (CO2 + 8 H+ → CH4 +2H2O), siendo minoritaria su producción por reducción del ácido acético (CH3COOH → CH4 + CO2) y otras fuentes.

Mediante la formación de metano, las arqueas evitan un aumento de la presión de H+ en el rumen que reduciría la eficacia de la fermentación ruminal. Asimismo, las arqueas se asocian simbióticamente con microorganismos fibrolíticos y protozoos, mejorando el proceso de la degradación de la fibra. Estos hechos deben tenerse en cuenta al plantear modificaciones de la dieta para disminuir la emisión de metano, ya que no debe reducirse la eficacia de la fermentación y/o la ingestión de la dieta asociada a una menor digestión de la fibra.

La producción de metano varía ampliamente en función de:

• El tipo y cantidad de macromoléculas fermentadas
• El perfil de ácidos grasos volátiles (AGV) resultantes

Así, en la fermentación de las hexosas se liberan 4 H+ por cada molécula de ácido acético o butírico producida, mientras que se captan 2 H+ por cada molécula de ácido propiónico generada. Por ello la producción de metano aumenta al hacerlo el cociente [(acético + butírico)/ propiónico]. La generación de metano se ha asociado básicamente con la fermentación de los carbohidratos fibrosos de la dieta, pero trabajos realizados por nuestro grupo sustituyendo proteína por nitrógeno no proteico (Carro y Miller, 1999; Vanegas et al., 2017a) o protegiendo la proteína de la degradación ruminal (Vanegas et al., 2017b,c; Haro et al., 2018) demuestran su generación a partir de la degradación de proteínas, atribuible a la liberación de H+ en la fermentación de las cadenas carbonadas resultantes de la desaminación de los aminoácidos tras el proceso de proteólisis.

Así, en condiciones in vitro se ha observado que la fermentación ruminal de 100 g de proteína generaba casi 3 L de metano (Vanegas et al., 2017a). Por otra parte, en la fermentación de las grasas no se genera metano, ya que el glicerol procedente de los triglicéridos es fermentado mayoritariamente a propiónico y los ácidos grasos insaturados son biohidrogenados en un proceso que reduce la disponibilidad de H+ para las arqueas.

Las modificaciones de la dieta para reducir la emisión de metano pueden ir dirigidas a:

• Reducir la disponibilidad de H+ para las arqueas
• Actuar directamente sobre la actividad de las arqueas

En cuanto a las modificaciones que reducen la producción de H+ destacan:

• Disminución de la relación forraje/ concentrado
• Uso de cereales y forrajes altamente digestibles
• Reducción de la degradabilidad de la proteína
• Inclusión de grasas

La relación forraje/concentrado de la dieta tiene un marcado efecto sobre la producción de propiónico y se ha visto que al aumentar la proporción de concentrado se reduce ligeramente la generación de metano hasta alcanzar el 30-40% de la dieta, siendo la reducción muy marcada desde el 40% hasta el 90% de concentrado, situación en la que el metano llega a suponer solo el 2-3% de la energía bruta consumida (Martin et al., 2010).

Así, las dietas intensivas con alto porcentaje de concentrados dan lugar a emisiones menores de metano por kg de producto (carne o leche) que las dietas con mayor proporción de forraje, ya que provocan descensos del pH ruminal que favorecen las poblaciones microbianas productoras de ácido propiónico y limitan el crecimiento de bacterias fibrolíticas y protozoos, y por ello la liberación de H+.

Además, en los animales en cebo la reducción del periodo productivo asociada al uso de dietas concentradas contribuye también a una menor producción de metano por unidad de producto obtenido.

Existen diferencias entre los concentrados y forrajes en la cantidad de metano generado.

CEREALES

En general, los cereales de fermentación rápida (trigo, cebada, avena) provocan mayor descenso del pH ruminal y mayor producción de propiónico que los cereales de fermentación más lenta (maíz, sorgo), por lo que deberían generar menos metano

FORRAJES

En los forrajes, a medida que avanza su desarrollo, aumenta el contenido en carbohidratos estructurales y se reduce el de carbohidratos más fermentables (azúcares, almidón), lo que provoca una disminución de la digestibilidad. Así, los forrajes más maduros dan lugar a mayores producciones de metano por unidad de materia seca ingerida (Hristov et al., 2013). Por ello, cosechar los forrajes en el momento adecuado para maximizar la cantidad y digestibilidad de los nutrientes que contienen contribuirá a reducir la emisión de metano.

 

Una gran parte de la proteína de los alimentos es degradada en el rumen y la posterior desaminación de los aminoácidos no solo contribuye a la metanogénesis sino que suele generar excesos de amoníaco que contribuyen a la baja eficacia proteica de los rumiantes. Un aporte de proteína degradable ajustado a la energía disponible para los microorganismos ruminales permitiría reducir tanto las emisiones de metano como las de nitrógeno. Además, supondría un ahorro energético para el animal, ya que la síntesis de una molécula de urea requiere el gasto de 4 moléculas de ATP.

Los valores existentes de degradabilidad de la proteína de las diferentes materias primas determinados in situ (NRC, 2001; INRA, 2007) infravaloran la permanencia de los alimentos en el rumen y no corrigen la contaminación microbiana de los residuos de incubación. Ello facilita reducir los aportes de proteína degradable en la dieta, ya que la degradabilidad real sería mayor de la indicada en estas tablas de valoración. Como se observa en la Tabla 2, la infravaloración resultante es pequeña en los concentrados proteicos, pero es alta en los cereales y forrajes.

ENSILADOS

Los forrajes verdes y los ensilados presentan altos contenidos de proteína degradable (González et al., 2007), pero en el ensilado de maíz esta fracción es menor debido a la ralentización de la degradación de las proteínas insolubles por su desnaturalización por la acidez alcanzada (González et al., 2010). De forma concordante, también genera menos metano que los ensilados de hierba (DEFRA, 2010).

CONCENTRADOS

El tratamiento de diferentes concentrados proteicos (guisante de primavera y harinas y semillas de girasol) mediante pulverización con una solución de ácido málico y posterior aplicación de calor es un método efectivo para reducir la degradabilidad de la proteína y aumentar la fracción bypass y la digestibilidad intestinal de ésta (Arroyo et al., 2013; Diaz Royón et al., 2016) y en pruebas in vitro ha reducido la generación de metano (Vanegas et al., 2017b,c; Haro et al., 2018).

La inclusión de grasas insaturadas en la dieta permite reducir la cantidad de H+ disponible para la metanogénesis y ejerce un efecto negativo sobre los protozoos y las arqueas metanogénicas. Sin embargo, los ácidos grasos insaturados también ejercen un efecto tóxico sobre la flora celulolítica, provocando descensos en la digestibilidad de la fibra, la ingestión y la producción, por lo que no se recomiendan niveles superiores al 6-7% de grasa en la dieta. Grainger y Beauchemin (2011) señalan que por cada 1% de inclusión de grasa en la dieta se reduce la producción de metano en 1,0 y 2,6 g por kg de materia seca ingerida en vacuno y ovino, respectivamente

Se han realizado numerosos estudios y revisiones bibliográficas (Knapp et al., 2014; Kumar et al., 2014) sobre diferentes sustancias con potencial antimetanogénico que ejercen un efecto directo sobre las arqueas, pero la mayoría de ellas presentan problemas y no pueden usarse en la práctica sin afectar negativamente a la producción. Sin embargo, hay que señalar que el 3-nitrooxipropanol ha demostrado su eficacia para reducir la producción de metano en vacas (Reynolds et al., 2014) y ovejas (Martínez- Fernández et al., 2014) al competir con una enzima producida por las arqueas que es necesaria para la síntesis de metano.

Esta molécula está en trámites de aprobación para su uso en la práctica en la Unión Europea y en Estados Unidos y si llega a aprobarse sería el primer aditivo eficaz para reducir las emisiones sin perjudicar la producción de los animales.